Proiectarea sursei de alimentare nu este o mare problemă. Totuși, s-ar putea face o carieră în proiectarea și implementarea alimentării cu energie electrică. Acest lucru se datorează faptului că unele aplicații de înaltă tehnologie necesită atât de multe lucruri, cum ar fi failsafes și reglare și ieșiri multiple de tensiune și curent. Dar, în scopul unui amplificator audio bun, vine un moment în care ajungi la așa-numitul punct de rentabilitate diminuată. Cu alte cuvinte, unde se termină economia și începe beneficiul sau când mă aflu într-un moment în care pur și simplu nu se mai poate îmbunătăți? O voi lăsa după părerea ta.

Vom discuta mai întâi diferitele tipuri de surse de alimentare și rolurile pe care le joacă și apoi vom da instrucțiunile necesare despre cum să facem una pentru a ne furniza în mod adecvat nevoile audio.

Dar mai întâi, ca pe pagina mea de start, ofer acest avertisment: circuitele tuburilor utilizează tensiuni periculoase de mari. Nu lucrați pe un circuit în timp ce este alimentat, cu excepția citirii tensiunilor și semnalelor cu bine izolat sondele contorului. Așteptați întotdeauna ca circuitul să se scurgă complet înainte de a lucra la el atunci când este scoasă curentul. Alcătuiește un circuit de „sângerare” utilizând un rezistor de 100K 2 wați, cu cleme izolate de aligator la fiecare capăt (cu o sârmă atașată. Folosiți bandă electrică pentru a izola firele goale), astfel încât să puteți scurge complet condensatorii de alimentare, deoarece acestea pot încă stoca unele electricitate sau o recâștigă datorită unui fenomen numit înmuiere. Pur și simplu fixați un capăt la masă și celălalt capăt la borna pozitivă a condensatorului, sau un capăt la negativ și celălalt la pozitiv. Nivelurile de tensiune de la 25 volți în sus pot fi letale. Adică poți MURI din asta. Vă rugăm să fiți atent.

DIFERITELE SCHEME DE ALIMENTARE

În principiu, există două tipuri de scheme de alimentare cu energie electrică. Dar amuzant este că ambele sunt într-adevăr la fel, cu excepția eficienței. Primul este alimentarea cu energie brută. Al doilea este sursa de alimentare comutată.

Sursa de alimentare Brute Force oferă toată puterea disponibilă simultan. Cu alte cuvinte, construiește un depozit imens de rezerve pe care le poate folosi un circuit. Unul dintre dezavantajele acestui tip de aprovizionare este necesitatea transformatoarelor mari și a condensatoarelor mari. De fapt, există doar două motive pentru care acestea sunt dezavantaje. Primul este că componentele sunt costisitoare, iar al doilea este că sunt voluminoase.

Introduceți sursa de alimentare comutată. Ceea ce face este să ia tensiunea de linie (110 AC) și să o transforme într-o tensiune pulsată de înaltă frecvență. Unul dintre motivele pentru care alimentarea cu forță brută are nevoie de condensatori atât de mari este că frecvența DC este redusă. Când AC-ul care este la 60 hertz este rectificat în DC, devine un DC pulsat de 60 sau 120 hertz care are nevoie de condensatori cu valoare mare pentru a filtra. Cu o sursă de alimentare de comutare, tensiunea de 120 Hz este convertită la 40 sau mai mult kilogramhertz DC printr-un circuit căruia nu îi pasă de sursa de alimentare (cele 120 hertz impulsuri). Cu 40 kilohertz sau mai mare, nu este nevoie de condensatori cu o valoare atât de mare pentru a stoca energia electrică și a filtra valurile sau impulsurile. Astfel, circuitul poate fi mai ieftin (prin utilizarea unui transformator de putere voluminoasă și costisitoare), deși mai complicat.

Da, apropo, există o conexiune directă la linia de curent alternativ. Deci, cei care își bat joc de AC direct fără o izolare, ei bine, nu vă deschid computerul, televizorul sau majoritatea altor dispozitive electronice în aceste zile. Nu există izolare în ele. Știu, am suflat un televizor și o siguranță o dată pentru că nu am fost atent la împământare. Dacă ar fi avut un transformator de izolare așa cum aveau, aș fi suflat doar televizorul.

Oricum, singura noastră dilemă aici acum este ce sursă de alimentare folosim? Eu personal, din motive de simplitate, aleg sursa de alimentare cu forță brută. Aceasta este ceea ce vom proiecta și construi aici.

CUM SĂ FII BRUTAL

Mai întâi trebuie să știm cum arată într-o schemă. Este foarte simplu. Se alege un transformator de putere care să ofere câteva lucruri, în funcție de ce fel de redresor vom folosi. Mulți audiofili cu tuburi cred că redresorul cu tuburi este singura cale de urmat pentru amplificatoarele cu tuburi. Unii susțin că, dacă utilizați un redresor în stare solidă, faceți amplificatorul un amplificator în stare solidă. Presupun atunci că, din moment ce tuburile au fost inițial făcute pentru a fi utilizate cu surse de energie pentru baterii chimice, acestea au fost amplificatoare chimice? Deloc.

Scopul unei surse de alimentare bune este de a oferi o tensiune constantă fără zgomot, undă și o alimentare relativ nelimitată de curent. Nici mai mult nici mai puțin. Nu ar trebui să aibă absolut nimic de-a face cu calitatea sunetului amplificatorului. Nimic. O sursă de alimentare bună ar trebui să fie transparentă. Dacă amplificatorul dvs. sună grozav cu un redresor cu tub, atunci ar trebui să sune la fel de grozav cu un amplificator în stare solidă. Dacă nu, atunci sursa de alimentare este de rahat. Sau poate amplificatorul o face. Simplu.

Acum, să cobor din cutia mea de săpun și să trec la proiectarea circuitelor. Voi acoperi atât designul tubului, cât și redresorul în stare solidă aici. Tu decizi care va fi cel mai bun pentru tine.

Din circuitul de mai jos vedeți un transformator, o diodă dublă cu tub, trei condensatoare de filtru și o bobină de sufocare. Aceasta este cea mai bună formă de alimentare cu forță brută. Combinația de sufocare și condensator (numită filtru pi deoarece condensatoarele și sufocatorul arată ca litera greacă pi) reduc orice ondulație la practic nimic. Transformatorul de putere din acest exemplu este un centru de 300 volți cu o bobină cu filament de 5 volți pentru redresor și o bobină de 6,3 volți pentru filamentul tuburilor utilizate în amplificator. Robinetul central nu împarte cele 300 de volți. În schimb, este de la robinetul central, trei sute de volți până la ambele capete. Deci este de fapt 600 de volți. Dar conexiunea la redresor face ca acesta să fie de 300 de volți.

sursă

Transformator de putere de la 117 volți la 300-0-300 volți 150 mA cu filament de 5 volți.
D1,2 = 5AR4 sau (conform schemei de mai jos) tub redresor 5Y3GT
3-5 Henries sufocat
C1 = 10 microfarad condensator 450 volți
C2 = până la 250 microfarad condensator 450 volți
Opțional: în paralel cu C2 poate fi un alt condensator de aproximativ 0,47 microfarade 450 volți pentru a ocoli orice semnal vagabond de la un canal al unui amplificator la altul, sau de la etapele ulterioare ale amplificatorului la cele anterioare.

Iată o versiune a redresorului încălzit direct (5U4, 5Y3 etc.) a schemei de mai sus:

Iată un standard prin care mă duc să calculez valoarea primului condensator (C1) după redresor. Estimez curentul de repaus (inactiv. Fără semnal) de la amplificator. Împart tensiunea la acest curent pentru a obține „impedanța” amplificatorului. Apoi folosesc regula de impedanță pentru a calcula dimensiunea condensatorului la 120 Hz pentru filtrarea bypass. Deci, presupunând 300 de volți la 130 de miliamperi pentru un amplificator de putere stereo tipic, obțin o impedanță de aproximativ 2307 ohmi. Așa că folosesc valoarea de 230 ohmi pentru condensator. Acum folosind formula pentru reactanța capacitivă calculez valoarea dorită a condensatorului.

Xc = 1/(2xpixfxC)
C = 1/(2xpixfxXc)
C = 1/(6,28x120x230)
C = 1/(173415,9)
C = 5,7 microfarade

Da, pentru primul condensator nu era nevoie decât de 5,7 microfarade. Bineînțeles că este puțin probabil să găsiți acea valoare, așa că 4.7 sau 10. Atunci, după sufocare, puteți pune câtă capacitate doriți. Personal, am găsit că aceasta este cea mai bună combinație pentru reducerea ondulării și reglarea puterii, în măsura în care condensatoarele de filtrare după șoc acționează mai mult ca un rezervor decât ca un filtru, iar primul capac acționează mai bine ca un filtru decât un rezervor. Am aproximativ 250 de microfarade după sufocare.

(Probabil încă vă întrebați cum obțin 120 ca frecvență de ondulare, spre deosebire de 60 care este AC-ul care vine de la priza de perete. Ei bine, redresoarele pe care le folosim în configurația pe care le folosim sunt în ceea ce este cunoscut sub numele de modul de rectificare cu undă completă. Aceasta înseamnă că obținem nu numai jumătatea pozitivă a undei de curent alternativ, ceea ce s-ar întâmpla dacă am folosi doar o diodă, ci și jumătatea negativă a undei, inversată de înfășurările bobinei și a trecut prin cealaltă diodă. Deci, în loc să avem o jumătate de undă separată de un spațiu gol în care ar fi cealaltă jumătate a undei, acum avem acel spațiu umplut cu o versiune inversată a celeilalte jumătăți de undă. sursă de alimentare specială cât de eficient se poate obține. Deci acum, în loc să obținem 60 de jumătăți de impulsuri, obținem 60 de jumătăți de impulsuri intercalate cu alte 60 de jumătăți de impulsuri pe secundă pentru a face 120. Simplu, nu?)

Sufocatorul ajută la reducerea ondulării și mai mult fără a scădea multă tensiune. Unele surse de alimentare folosesc un rezistor de mare putere de mare valoare în acest loc pentru a reduce costurile, dar apoi pierdeți o anumită energie. Efectul șocului/rezistorului în acest loc este de a acționa ca un divizor de tensiune pentru ondulare. Este un fel de control al volumului, unde volumul ondulației este redus. Rezistorul reduce „volumul” atât al ondulației, cât și al unei anumite tensiuni DC, în timp ce șocul reduce ondulația mult mai mult decât tensiunea DC.

Deci, ce valoare a sufocării folosim? Cât de sus ți-ai putea permite? Nu. Luați în considerare punctul de a reduce randamentele. Valoarea depinde și de impedanța amplificatorului. Luând aceeași valoare a impedanței, și anume 2307, calculăm folosind formula pentru reactanța inductivă.

XL = 2xPixfxL
L = XL/(2xPixF)
L = 2307/(6,28x120)
L = 2307/753
L = 3 Henries

La Antique Electronic Supply au 5 șocuri henries la mai multe ratinguri actuale. Pentru exemplul nostru de mai sus, am dori să obținem versiunea de 150 miliamperi. Are o rezistență internă de 105 ohmi. Un rezistor utilizat în această capacitate este de obicei de aproximativ 250 la 1000 ohmi sau mai mult (amplificatorul meu push pull are unul de 350 ohmi, pe care îl voi înlocui cu un sufocator). Deci, după cum puteți vedea singur, rezistența la ondulare este mult mai mare într-un sufocator decât într-un rezistor, oferindu-ne în același timp tensiunea maximă. Vrem să fim cât mai eficienți aici.

Rezistorul acționează și ca un limitator de curent. Acest lucru, în legătură cu condensatorii de filtrare utilizați, asigură o constantă de timp mai lentă (vezi hârtia condensatorilor). Acest lucru face ca o sursă de energie „lentă”. Cu alte cuvinte, alimentarea cu energie durează mai mult pentru a se recupera de la tranzitorii.

De asemenea, asigură un efect de compresie. Tensiune redusă din cauza unor cauze tranzitorii toate de polarizare în amplificator pentru a scădea, de asemenea, scăzând capacitatea generală de amplificare și introducând efecte de distorsiune ale polarizării incorecte. Așa că din nou așa-numitul strivire a tuburilor își ridică fața urâtă. Acesta este probabil motivul pentru care mulți nu le plac sursele de alimentare reglate sau în stare solidă, deoarece reduc sau elimină efectul de strivire și reduc sau elimină distorsiunea de ordine uniformă produsă de schimbarea prejudecății datorită tranzitorilor dinamici.

La fel ca o notă laterală, transformatorul de putere pe care îl alegeți (ar trebui, oricum) să aibă și o înfășurare de 6 sau 12 volți pentru filamentul tuburilor amplificatorului. Aceasta ar trebui să ofere cel puțin 5 amperi. O alternativă la aceasta ar fi un transformator de filament separat. Din fericire, majoritatea, dacă nu toate transformatoarele de putere vin cu cel puțin un cablaj separat cu filament pentru restul tuburilor.

Gândește-te la asta. De ce un amplificator de tuburi este considerat ineficient? Este din cauza filamentelor. Uită-te la tensiunile și curentele pe care tocmai le-am menționat. 6,3 volți la 5 amperi este de 31,5 wați! Aceasta este doar de făcut căldură. Restul circuitului este foarte eficient. 300 de volți la un curent nominal de curent de 120 miliamperi este de 36 de wați. Dacă am creat un amplificator stereo push pull care scoate 15 wați pe canal, aceasta înseamnă că difuzorul (în mod ideal) primește 30/36 sau 83% din puterea furnizată de sursa de alimentare. Este destul de drăguț de eficient. Cu toate acestea, un amplificator de clasă A va scoate probabil 5 wați și va folosi în continuare aceeași cantitate de alimentare cu energie electrică.

Având în vedere că un amplificator în stare solidă poate folosi doar încă 1 watt de putere pentru a conduce ieșirea, există doar o diferență de 0-10% între tuburi și tranzistoare în acest sens. Deci, dacă nu ar fi filamentele alea dracului, tuburile ar fi foarte economice. Dar deviez.

UN BRUT SOLID

Toate informațiile de mai sus sunt, de asemenea, foarte utile, de fapt exact la fel ca și pentru redresoarele în stare solidă. Vedeți schema de mai jos:

După cum se poate vedea clar, singura diferență este redresorul. OK, deci există și câteva condensatoare și rezistențe. Dar lasă-mă să mă despart! Rezistențele sunt acolo pentru a reduce tranzitorii de înaltă frecvență și ca limitatori de curent. Condensatoarele din diode trebuie să reducă comutarea inversă a curentului. Diodele SS se opresc rapid. Acest lucru creează un vârf. Capacele reduc dimensiunea vârfului. În general, acestea sunt de aproximativ 0,1 µF, 1000 volți sau mai bine. Nivelul de tensiune se datorează faptului că atunci când unda AC de cealaltă parte a diodei devine negativă, aceasta se adaugă la tensiunea pozitivă stocată în condensatorul din diodă. Deci, dacă capacul filtrului are 350 de volți, atunci dioda poate vedea peste 700 de volți peste el. Suportul filtrului are grijă de el tot restul drumului. De fapt, vârful are o frecvență mult mai mare decât ondulația de 120 hertz, deci face o treabă mult mai bună de a elimina așa-numitul hash solid state de care se plâng atât de mulți. Deci, dacă folosesc doar un sufocator, acesta va dispărea și așa se va auzi una dintre cele mai mari plângeri legate de redresoarele SS. Hmmm (nu, nu hummmm). Să dovedim acest lucru prin matematică:

Un sufocator de 3 henry la 120 hertz are o reactanță de aproximativ 2300 ohmi. Același sufocator la 10-20 kilohertz, regiunea în care este probabil hash, va avea o reactanță de:

Un mare 188 Kilohms! Cum naiba poate trece hashul acea! Deci, un redresor în stare solidă poate fi la fel de bun dacă nu mai bine, datorită faptului că nu scade la fel de multă tensiune, deci nu pierde puterea suplimentară decât un redresor cu tub.

Din nou, alegerea este una personală. Dar amintiți-vă, un DC curat constant este obiectivul nostru cel mai intim. Marele nostru amplificator purist nedistorsionat depinde pe el.